基于自供电和无线数据传输的机械密封端面摩擦扭矩测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本技术属于测试技术领域，特别是涉及一种进行机械密封端面摩擦扭矩测量的试验装置。
【背景技术】
[0002]资源的日益紧缺与环境的不断恶化，给企业提出了零泄漏和零排放的生产要求。机械密封，作为工业生产中动设备的主轴密封，一方面为设备的防漏提供保障，另一方面，由于端面摩擦磨损，也消耗着轴功率。为此，人们不断努力，寻求合适的端面比压和材料，以减小端面摩擦功耗，延长服役寿命，同时又保证机械密封的密封性。然而，密封副材料匹配的好坏及端面比压合适与否，集中反映在端面摩擦扭矩的大小上。
[0003]目前公知技术中机械密封性能试验装置的端面摩擦扭矩测量方法有反支力法和传递法。由这两种方法发展出来的端面摩擦扭矩测量技术有4种:
在转动密封腔上安装测力杆连接到扭矩传感器。如Mayer (机械密封.北京:化工出版社，1981)和专利CN103630301等提出的在转动密封腔上安装扭矩传感器测量密封端面摩擦扭矩技术。此技术需将密封腔支承起来，而密封腔旋转支承的摩擦对测试精度存在不可忽视的影响。
[0004]在电机与动力轴之间安装扭矩转速传感器。如Silvagg1(Silvaggo J A, LipskiM J, and Van Bramer K G.Successful Field Operat1n through Seal Development andTesting.Lubricat1n Engineering，1987，43 (6):433-439)和文献(高参数机械密封试验台数据采集及控制系统.石油机械，2004年第32卷第I期)等提出采用在电机和轴承座之间安装扭矩转速传感器来测量机械密封端面摩擦扭矩。测试时，这种技术测量的扭矩是试验装置主轴上的总扭矩，包括被测密封端面的摩擦扭矩、主轴承的摩擦阻力矩和机械密封旋转部件在密封介质中的搅拌扭矩。由于承载不同轴向力的主轴承的摩擦阻力矩和机械密封旋转部件在不同压力的密封介质中的搅拌扭矩还无法直接测量，通常用空载下的主轴承的摩擦阻力矩和密封介质处于常压下的搅拌扭矩来代替，这些均给端面摩擦扭矩的测量精度带来很大的影响；另外，由于机械密封试验装置启动时总扭矩是正常扭矩的5-7倍以上，因而需要配备较大应力轴直径的扭矩转速传感器，而正常运行下的机械密封试验装置的端面摩擦扭矩较小，如果用此扭矩转速传感器测量机械密封端面摩擦扭矩，则产生的轴应变较小，测量精度将较低。为了提高测量精度，所选用的扭矩传感器的应力轴直径就应较小，但直径较小的应力轴又容易产生塑性变形甚至断裂，所以测量精度和应力轴大小两者不可兼得。
[0005]在静环座与静环之间安装扭矩传感器。孙见君(机械密封可控性研宄及其工程应用问题的探讨.机械工程学报，2005，41 (2):15-19)等提出的在静环座与静环之间安装扭矩传感器测量密封端面摩擦扭矩的方法，就是将小量程大直径筒形扭矩传感器串联在静环座与静环之间，通过动环旋转带动静环偏转所产生的摩擦扭矩由扭矩传感器的阻力扭矩平衡，来测得机械密封端面摩擦扭矩。这种方法的优点是传感器结构简单、安装方便，特别是省去了静环与静环座之间O形圈的摩擦阻力矩对测量的影响，但小量程大直径筒形扭矩传感器的设计制造存在困难，一直未能获得有效的突破。对于带波纹管静环的机械密封，端面摩擦扭矩可以采用专利ZL 200610039084.5 “多参数可测控高转速机械密封性能试验装置”中的方法测量，该方法所述的测量系统由静环座、导向筒、角位移传动扇形齿片、角位移传感器及小齿轮组成；导向筒一端与静环托环内孔螺纹紧密连接，导向筒的另一端活套在静环座压盖内孔中并通过轴套伸出到密封腔外部。通过角位移传感器测量伸出密封腔外部的导向筒的偏移，可以测量机械密封在工作前后弹性元件扭转角度的变化，再根据弹性元件刚度计算出端面摩擦扭矩。这种测量方法可以使静环的角位移无损失地传递给导向筒，至扇形齿片，至小齿轮，再至角位移传感器，避免了附加扭矩对测量值的干扰。但存在于扇形齿片和小齿轮之间的传动误差严重影响着测量精度。
[0006]专利CN102183327B涉及的机械密封端面摩擦扭矩测量方法，即在静环缺口上放置钱币式扭矩传感器。运用正常运行时静环所受总扭矩等于零的力矩平衡原理，将传感器所测各阻力矩相加即为端面摩擦扭矩。对于由动环、静环、静环密封用O型圈、荷重传感器支持架、荷重传感器、端面轴承、端面轴承座和密封腔端盖组成的机械密封测量系统中，2个荷重传感器轴对称安装在密封腔端盖内孔侧的荷重传感器支架上，测力点沿切线方向成轴对称布置在静环的2个防转销孔的侧面。工作中，由于动、静环之间的端面摩擦扭矩Mm的作用，静环具有跟随动环发生转动的趋势，这一趋势被静环密封O形圈所受密封腔端盖内孔的摩擦阻力矩Mf以及防转销孔侧面处安装的荷重传感器产生的阻力矩Mls所平衡，即Mm=Mf+Mls。其中静环座内孔与O形圈的摩擦阻力矩Mf，可以在密封腔设置在静环的2个防转销孔侧面的荷重传感器预先预定；工作状态下防转销孔侧面处安装的荷重传感器产生的阻力矩Ms由传感器测得的静环周边的切向力当量乘以2个荷重传感器测力点之间的距离(力臂)获得。此方法缺点同样明显，因为要测量O形圈所受密封腔端盖内孔的摩擦阻力矩，而O形圈因其材质原因，个体之间摩擦系数也不尽相同，致使端面摩擦扭矩测量精准度欠佳。
[0007]在轴套和轴之间设置扭矩传感器。如专利CN103267613A提出在轴套两端开设关于轴套中心截面对称的U形口，在对应于U形口处的主轴上设置传动销；轴套中部加工两段螺距相等、旋向相反的螺纹，在其上旋合两个螺母，其背侧分别安装两个待测机械密封中的动环座；动环座与轴套在轴向滑动、在周向定位相连；传动销上设置周向力传感器用来间接测量端面摩擦扭矩。须要指出是，该专利并没有提及详细的扭矩传感器布置实施方案，即在高速状态下无线信号的具体有效传输和无线信号发射时的长时间供电问题。
【发明内容】
[0008]本技术的目的是提供一种能够实现机械密封性能试验装置中待测机械密封的扭矩精确测量，工作过程中能够自行供电和进行无线数据传输的机械密封端面摩擦扭矩测量
目.ο
[0009]本技术所述的基于自供电和无线数据传输的机械密封端面摩擦扭矩测量装置，包括两端同一母线上开设有U形口的轴套、穿过U形口连接在主轴上的传动销、力传感器、信号处理器、无线发射模块、无线接收模块、自供电模块；主轴穿过轴套，待测端面摩擦扭矩的机械密封穿套在轴套上，动环连接在轴套上，静环固定在密封腔上；其特征是:所述的机械密封的动、静环由于端面摩擦产生的扭矩，与主轴通过传动销传递给轴套的扭矩相平衡；这一扭矩由黏贴在传动销上的力传感器测得的周向力和测力点的力臂的乘积决定，所测的周向力由信号处理器处理并由无线发射模块传输至无线接收模块；利用主轴或轴套旋转产生的电能通过自供电模块向信号处理器和无线发射模块供电。
[0010]上述的基于自供电和无线数据传输的机械密封端面摩擦扭矩测量装置，其特征是，所述的自供电模块包括固定于密封腔外部的磁铁、跟随主轴旋转的线圈绕组、整流电路和稳压电路，旋转的线圈绕组切割磁力线产生感应电动势后经过整流电路、稳压电路处理成为稳定的直流电源。
[0011]上述的基于自供电和无线数据传输的机械密封端面摩擦扭矩测量装置，其特征是，所述的轴套末端采用封闭式结构将主轴末端包裹住，其轴套末端连接一安置盒，内置有信号处理器、无线发射模块、整流电路和稳压电路，线圈绕组的输出端与整流电路、稳压电路相连。
[0012]上述的基于自供电和无线数据传输的机械密封端面摩擦扭矩测量装置